俄羅斯科學家正研究熱核聚變的「失控」電子

俄羅斯託木斯克理工大學（TPU）的科學家們與俄羅斯科學院西伯利亞分院強電流電子研究所的同事一起，研究了熱核聚變過程中形成的「失控」電子的輻射特徵。研究人員確定了不同輻射器中電子輻射的光譜角特徵，並開發了一種可靠的識別方法。

結果發表在《JETP Letters》期刊上。

許多國際科學團隊都在從事熱核能源的開發。為此，他們計劃使用一種特殊的反應堆（託卡馬克），用於氫同位素的核融合。這是一個大的真空腔，腔內等離子體被循環電流加熱到數億度的溫度。發生核融合反應，其產物帶走能量，然後這些能量被加工成電能。

另一種使用雷射技術的方法也在研究之中。它是通過在放置裝有熱核「燃料」棒的位置同步幾十個雷射器的光束來獲得熱核反應。然而，TPU高能過程物理研究所的教授亞歷山大· 波蒂利岑表示，在創建有效的熱核裝置的過程中會遇到許多問題。

他向俄新社介紹說，「所有這些方法都基於眾所周知的理論結論，即熱核反應的產物主要是中子和α粒子，它們與反應堆的前壁相互作用。但是事實證明，還有一些電子具有很高的能量。它們可以使反應堆的壁承受額外的輻射負荷，這將導致其過早損壞。現在正在對這種被稱為「失控」的電子進行深入研究。」

科學家們主要在模擬裝置中進行「失控」電子的實驗，該裝置應產生與熱核反應過程中能量大致相同的電子。強電子研究所的專家對來自強電流加速器的電子束進行了一系列類似的實驗。但是，這些裝置的能量不足以進行全面研究，因此他們決定繼續在託木斯克理工大學的加速器上進行實驗。

亞歷山大· 波蒂利岑還解釋說：「現在，我們正在研究TPU的電子回旋加速器上電子的光輻射特性，其中電子被加速到3-6 MeV的能量。這正是我們所感興趣的能量範圍。我們的義大利或中國的同事主要關注能量不超過1 MeV的大電流電子源。在2019年，我們用6 MeV的能量進行了第一次電子實驗。」

如今，研究人員首次使用由石英、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和藍寶石製成的輻射器以3 MeV的能量進行電子實驗。為了探測電子，科學家建議使用記錄這些電子以速度超過光傳播的相位速度通過透明介質時引起的切倫科夫輻射的方法。

該項研究的作者首次開發出將電子的切倫科夫輻射與各向同性背景輻射分開的有效技術。他們計劃選擇輻射器的最佳特性和幾何參數，以記錄失控電子的切倫科夫輻射，以及確定市售的輻射材料，其抗輻射性、光學特性、可製造性等等。這項工作的結果將是為計劃中和運行中的熱核反應堆創建高效探測器制定建議。